《一》计算机组成原理与体系结构复习大纲

标题：计算机系统核心知识点汇总

⁰ 涵盖硬件组成、数据表示、存储系统等计算机基础核心内容

模块 1：运算器 ¹

要点 1: 核心组成部件及功能

要点 2: 各寄存器的作用机制

详细信息:

▪ 算术逻辑单元（ALU）：处理数据，执行算术运算和逻辑运算

▪ 累加寄存器（AC）：为 ALU 提供数据并暂存运算结果

▪ 数据缓冲寄存器（DR）：CPU 与内存、外部设备的数据中转站

▪ 状态条件寄存器（PSW）：保存运算 / 测试产生的条件码内容

模块 2：控制器 ²

要点 1: 指令的基本构成

要点 2: 关键控制部件及功能

详细信息:

▪ 指令组成：操作码 + 地址码（例：1+2 中，"+" 为操作码，1 和 2 为地址码）

▪ 指令寄存器（IR）：保存当前执行的指令

▪ 程序计数器（PC）：存放下一条指令地址，自动加 1 更新

▪ 地址寄存器（AR）：保存当前访问的内存单元地址

▪ 指令译码器（ID）：解析操作码，生成控制信号

模块 3：计算机单位与换算 ³

要点 1: 基本单位体系

要点 2: 换算规则及计算方法

详细信息:

▪ 基本单位：位 (bit,b)、字节 (B=8bit)

▪ 换算关系：

1KB=1024B

1MB=1024KB

1GB=1024MB

1TB=1024GB

▪ 计算思路：大减小再加 1；十六进制转十进制后按单位换算

模块 4：原码、反码、补码、移码 ⁴

要点 1: 编码规则（n=8 位）

要点 2: 表示范围及特性

详细信息:

▪ 原码：最高位为符号位（0 正 1 负），其余为数值绝对值

▪ 反码：正数同原码，负数除符号位外按位取反

▪ 补码：正数同原码 / 反码，负数为反码 + 1（正负 0 编码相同）

▪ 移码：在补码基础上对符号位取反（正负 0 编码相同）

▪ 表示范围（表格）：

模块 5：浮点数 ⁵

要点 1: 运算规则

要点 2: 表示范围及精度特性

详细信息:

▪ 对阶规则：阶码不一致时，小阶向大阶对齐，尾数右移

▪ 性能特性：

数值范围由阶码决定

数值精度由尾数决定

表示个数：补码 / 移码可表示 2ⁿ个，原码 / 反码可表示 2ⁿ-1 个

▪ 数值范围（阶码 R 位移码，尾数 M 位补码）：

最大正数：+(1-2⁻⁽ᴹ⁻¹⁾)×2⁽²ᴿ⁻¹⁻¹⁾

最小负数：-1×2⁽²ᴿ⁻¹⁻¹⁾

模块 6：寻址方式 ⁶

要点 1: 七种基本寻址类型

要点 2: 每种寻址的操作数定位方式

详细信息:

▪ 立即寻址：操作数包含在指令中

▪ 直接寻址：指令直接给出操作数存储地址

▪ 寄存器寻址：操作数存于指定寄存器中

▪ 寄存器间接寻址：寄存器存放操作数地址

▪ 间接寻址：指令给出操作数地址的地址

▪ 相对寻址：操作数地址 = 指令地址 + 偏移量

▪ 变址寻址：操作数地址 = 变址寄存器内容 + 偏移量

模块 7：校验码 ⁷

要点 1: 码距与校验能力关系

要点 2: 三种校验码特性及规则

详细信息:

▪ 码距定义：任意两合法编码的二进制位差异数

▪ 校验能力：码距 = 2 仅检错；码距≥3 可纠错

▪ 奇偶校验：

码距 = 2，仅检奇数位错误

奇校验：1 的个数为奇数；偶校验：1 的个数为偶数

▪ 海明码：

码距 = 3，可检错纠错

规则：2ᵏ-1≥n+k（n 数据位，k 校验位）

▪ 循环冗余码（CRC）：

码距 = 2，仅检错

采用模 2 运算生成校验位（k 数据位 + r 校验位）

模块 8：CISC 与 RISC 对比 ⁸

要点 1: 两种指令集架构的核心差异

详细信息（表格）:

模块 9：流水线技术 ⁹

要点 1: 性能指标计算

要点 2: 执行时间计算公式

详细信息:

▪ 加速比 = 不采用流水线时间 / 采用流水线时间

▪ 操作周期 = 最长流水段时间

▪ 吞吐率 = 1 / 最长流水段时间

▪ 执行时间：

顺序：单条指令时间 × 指令数

流水线：单条指令时间 + 最长段时间 ×(n-1)（n 为指令数）

▪ 连续 n 条指令吞吐率 = 总指令数 / 总执行时间

模块 10：存储器系统 ¹⁰

要点 1: 分类及特性

要点 2: 各类存储器的应用场景

详细信息:

▪ 按访问方式：

按地址访问存储器

按内容访问存储器（相联存储器）

▪ 按寻址方式：随机存储器、顺序存储器、直接存储器

▪ 关键类型：

DRAM：构成主存，需周期性刷新

SRAM：构成 Cache，无需刷新

闪存：类似 U 盘，掉电不丢失，按块删除，可替代 ROM（不可替代主存）

虚拟存储器：由主存与辅助存储器组成

模块 11：Cache 映射 ¹¹

要点 1: 三种映射方式及特性

详细信息:

▪ 直接映像：冲突多，映射关系固定

▪ 全相联映像：冲突少，可映射到任意块（Cache 满时需替换）

▪ 组相联映像：冲突较少，为直接与全相联的折中方案

▪ 映射机制：由硬件自动完成

模块 12：中断系统 ¹²

要点 1: 中断关键概念及流程

详细信息:

▪ 中断向量：提供中断服务程序入口地址

▪ 中断响应时间：从发出中断请求到进入中断处理程序的时间

▪ 保存现场：为确保能正确返回原程序继续执行

模块 13：I/O 控制方式 ¹³

要点 1: 三种控制方式的对比

详细信息:

▪ 程序查询方式：

CPU 与外设串行工作，CPU 轮询检查，利用率低

一次读写一个字，由 CPU 存数据到内存，需保护现场

▪ 中断驱动方式：

外设主动发中断信号，CPU 与外设可并行工作

利用率提升，一次读写一个字，CPU 存数据，需保护现场

▪ DMA 方式：

CPU 与外设并行工作，仅在数据块开始 / 结束时需 CPU 干预

一次读写一块数据，外设直接与内存交互，不需 CPU 保护现场

传送一个数据占用一个存储周期

模块 14：总线系统 ¹⁴

要点 1: 分类及典型总线特性

详细信息:

▪ 总线分类：数据总线、地址总线、控制总线

▪ 典型总线：

ISA：16 位，16Mb/s，工业标准

EISA：32 位，33Mb/s，196 个接点

PCI：并行，32/64 位，133/266Mb/s，即插即用，支持奇偶校验

PCI-E：串行点对点，X16 达 4Gb/s，支持热插拔和全双工

FSB：连接 CPU 与北桥，影响系统整体性能

RS-232C：串行外总线，3 线全双工，传输距离 15m

SCSI：并行外总线，支持 63 设备，速率达 320Mb/s

SATA：串行，纠错能力强，支持热插拔

USB：串行，支持 127 设备，USB2.0 达 480Mb/s，即插即用

IEEE-1394：高速串行，支持 63 设备，速率达 3.2Gb/s

IEEE-488：并行，支持 15 设备，最大速率 1Mb/s

模块 15：安全性机制 ¹⁵

要点 1: 加密体系及安全验证方式

详细信息:

▪ 公钥体系（非对称加密）：

接收方公钥加密接收方私钥解密

发送方私钥签名发送方公钥验证

▪ 数字签名：

发送方私钥签名，公钥验证真实性

功能：验证消息真实性、确保发送方不可否认

▪ 数字证书：

CA 机构私钥签名，CA 公钥验证真伪

功能：确认网站合法性、用户身份等

模块 16：加密算法 ¹⁶

要点 1: 对称 / 非对称加密及哈希函数分类

详细信息:

▪ 对称密钥算法（共享密钥）：

DES、3DES、RC-5、IDEA、AES（分组加密）、RC4

适合大量明文加密传输

▪ 非对称密钥算法（公钥）：

RSA、ECC、DSA

▪ Hash 函数：

SHA-1 安全散列算法

MD5 摘要算法（输出 128 位）

功能：防止报文篡改，防御被动攻击，支持认证

模块 17：系统可靠度 ¹⁷

要点 1: 串联与并联系统的可靠度计算

详细信息:

▪ 串联系统：所有子系统正常才工作

公式：R=R₁×R₂×…×Rₙ

▪ 并联系统：任一子系统正常即可工作

公式：R=1-(1-R₁)×(1-R₂)×…×(1-Rₙ)

特殊标记说明:

⁰ 文档核心主题标识

¹⁻¹⁷ 对应 17 个知识模块的顺序编号，便于关联查阅

▪ 用于标识具体知识点细节内容